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ipfs算力网(www.ipfs8.vip):台积电、英特尔因他成霸主!FinFET晶体管手艺让半导体产业大变天

admin2021-06-078

新智元报道

泉源:网络

编辑:yaxin

【新智元导读】上个世纪末,半导体工艺进化之路进入了一个瓶颈期。一位华人教授率领团队发现出「FinFET晶体管手艺」,乐成解决了那时困扰整个半导体界的晶体管泄电问题。

上个世纪末,半导体工艺进化之路曾一度面临阻滞,摩尔定律遭受威胁。

直到FinFET晶体管手艺的泛起,才使得整个半导体产业突破了20nm左右的限制。

提到FinEFT手艺,就不得不提到一小我私人。

他,就是胡正明,一个「拯救」摩尔定律的男子。

FinFET 给「摩尔定律」续命十几年

几十年来,半导体行业提高的背后存在着一条清规戒律,即「摩尔定律」―― 人类史上最伟大的「自我预言」。

摩尔定律解释:每隔 18~24 个月,封装在微芯片上的晶体管数目便会增添一倍,芯片的性能也会随之翻一番。

上世纪90年月中期,半导体业界普遍以为半导体制程工艺到25nm时将泛起瓶颈,制造手艺将难以突破。

由于无法解决晶体管大规模集成到一定数目后的泄电问题,功耗将会随之异常高,这也使得业界普遍以为摩尔定律将逐渐失效。

当芯片制程到达极限时,肯定会有科研职员思索制程手艺的未来。

为什么说,胡正明教授「拯救」了摩尔定律?

那还得从晶体管的原理提及。

我们都熟知中学物理电流开关结构,晶体管实在就像电流开关结构,只不外是用半导体质料做成的。

晶体管的左边和右边都是半导体,只有中央是金属。

可以明白为左边是电流开关结构的源极(Source),右边是漏极(Drain),中央金属是栅极(Gate)。

栅极用来控制从源极到漏极的「通电」,电流从源极到漏极形成了盘算机的盘算回路。

盘算机每次运算,都是上亿个晶体管的举行「电流运动」。

最初的晶体管结构是矩形的,源极、漏极和栅极这3个结构之间的接触面,都是一个平面。

厥后,制程手艺不停提升时,晶体管中栅极的宽度被挤压的越来越小。

当这个栅极低于20nm时,就会对电流失控,源极的电流会穿透栅极,直接到达漏极。

这可以说是芯片的「泄电」,让芯片发烧量急剧上升。

若是我们解决不了这个泄电问题,就不能继续朝着更高的制程走。

1999年,胡正明教授率领自己团队发现晰「FinFET晶体管手艺」,乐成解决了那时困扰整个半导体界的晶体管泄电问题。

胡正明教授的FinFET解决方案就是,改变一下结构。

通过刷新晶体管的结构,把源极和漏极做成「直立」的样子,然后让栅极笼罩住源极和漏极。

这样就相当于增添了栅极和源极、漏极的接触面积,增强了栅极的控制能力,阻止了泄电征象。

由于这种结构长得像「鱼鳍」,以是也被叫做鳍片结构。

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看似很简朴,然则做起来的难度极高。事实晶体管的体积都是用纳米盘算的,在这种精度上改变形状,难度可想而知。

正由于解决了这个问题,胡正明教授一直被称为「FinFET之父」。

FinFET手艺不仅拯救了摩尔定律,同时也改变了整个半导体行业的生长偏向,使得台积电、英特尔、AMD、英伟达、苹果、华为、高通、三星等半导体行业的公司都受益于胡正明教授的发现。

台积电前CTO,美国院士,获IEEE最高声誉奖

1947年,「FinFET之父」出生在北京芽菜菜胡同,后移居台湾,1968年结业于台湾大学电机工程系。

往后赴美国加州大学伯克利分校留学,并获得了硕士和博士学位。

胡正明教授示意,「自己那时并没有身怀宏愿,只不外念书不错,便拿到了一个奖学金到伯克利念书。」

自1976年以来,他一直是加州大学伯克利分校电气工程和盘算机系的教授。

他还投身产业界,曾担任半导体制造商安霸的董事会成员,厥后于2001-2004年又担任台积电CTO。

在学术方面,胡正明总共撰写了5本书,揭晓了900多篇研究论文,并拥有100多项美国专利。

他在1997年当选美国的国家工程院院士,是微电子物理领域的学术先锋。

胡正明照样IEEE Fellow、中国科学院外籍院士,而且照样中国科学院微电子所、清华大学等院校的声誉教授。

胡正明多次获得过IEEE授予的声誉奖项,2016年入选硅谷工程师名人堂,并在昔时由美国总统奥巴马授予白宫国家手艺创新奖。

目宿世长到哪?

近20年已往了,到了7nm时代,我们在芯片制程路上越来越来,甚至到了举步维艰的境界,FinFET结构也无法突破物理极限。

在7nm之后,每前进一步,不仅是在迭代光刻工艺,同时也是在挑战物理极限。

从2015年,第一颗7nm芯片问世那天起,摩尔定律「将死论」就一直萦绕在整个半导体行业。

由于晶体管突破7nm时,泄电征象再次泛起了。

科学家们就示意,FinFET到了极限,又一次走到了路的终点。

时势造英雄,GAA (gate-all-around,简称 GAA) 架构的泛起再次拯救了摩尔定律。

它的看法的提出也很早,比利时 IMEC Cor Claeys 博士及其研究团队于 1990 年揭晓文章中提出。

全围绕栅(GAA)是FinFET手艺的演进,沟道由纳米线(nanowire)组成,其四周都被栅极围绕,从而再度增强栅极对沟道的控制能力,有用削减泄电。

现在,IBM宣布最新的2nm先进制程芯片即是接纳了GAA架构。

GAA 手艺的推进,简直在很洪水平上推进半导体工艺稀奇是先进制程上的生长。

但随着制程手艺越来越靠近物理极限,想要把芯片继续做薄做小,先进制程也并不是唯一的蹊径,质料、封装等也都可以称为突破的蹊径。

正如胡正明教授所说,「FinFET 证实了这个产业另有许多可以用我们的智慧来解决的问题,我还真是看不到半导体产业生长的极限。」

未来,半导体产业生长依然一片灼烁。

参考资料:

https://www.163.com/dy/article/GBBJ303M051986UM.html

https://news.mydrivers.com/1/689/689340.htm

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